專利名稱：機(jī)組式凹版印刷機(jī)的自適應(yīng)pid張力控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
機(jī)組式四版印刷機(jī)的自適應(yīng)PID張力控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于印刷機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種機(jī)組式凹版印刷機(jī)的自適應(yīng)PID張力控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]由于PID調(diào)節(jié)器規(guī)律簡(jiǎn)，運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)，所以PID控制器仍然是目前工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一類控制器。凹版印刷機(jī)中的張力控制是整個(gè)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心內(nèi)容，而PID控制器的參數(shù)整定又是張力控制器的重中之重，它是根據(jù)被控過(guò)程的特性來(lái)確定PID控制器的比例系數(shù)，積分時(shí)間以及微分時(shí)間的大小。[0003]由于凹版印刷機(jī)的放卷和收卷的負(fù)載特性比較特殊，隨著印刷過(guò)程的進(jìn)行，其相應(yīng)的卷取半徑會(huì)發(fā)生變化，同樣其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也跟著發(fā)生變化。另外，由于各種產(chǎn)品對(duì)工藝的要求各不相同，所以印刷速度也會(huì)隨著工藝的轉(zhuǎn)換而切換。同時(shí)凹版印刷機(jī)的工作過(guò)程就是一個(gè)不斷重復(fù)自動(dòng)收放料，自動(dòng)升降速的過(guò)程，實(shí)際就是各種不同狀態(tài)的相互切換。但現(xiàn)有的PID控制器的參數(shù)是在某個(gè)卷徑范圍內(nèi)整出的一組固定的P、I、D參數(shù)，這樣的參數(shù)往往是一種折中的參數(shù)，這種折中的參數(shù)通常不能全部兼顧，從而影響印刷機(jī)的精度。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型的目的是，提供一種機(jī)組式凹版印刷機(jī)的自適應(yīng)PID張力控制系統(tǒng)， 解決了現(xiàn)有技術(shù)中PID控制器的參數(shù)是在某個(gè)卷徑范圍內(nèi)整出的一組固定的P、I、D參數(shù)， 這種折中的參數(shù)通常不能全部兼顧，影響了印刷機(jī)的精度，導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定、產(chǎn)量低、廢品率高、原材料消耗大的問(wèn)題。[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種機(jī)組式凹版印刷機(jī)的自適應(yīng)PID張力控制系統(tǒng)，包括設(shè)置在PLC中的PID控制器，PID控制器與變頻器連接，變頻器與變頻電機(jī)連接； 在放料、引入、引出、收料部分分別設(shè)置有各自的擺輥電位器，PID控制器分別與所有的擺輥電位器連接，PLC還和人機(jī)界面連接。[0006]本實(shí)用新型的有益效果是與背景技術(shù)相比，DPID參數(shù)有原來(lái)的靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)，是凹版印刷機(jī)始終處于最佳工作狀態(tài)，提高印刷產(chǎn)品的質(zhì)量。2)減少擺輥的調(diào)節(jié)時(shí)間，減少擺輥擺動(dòng)幅度，提高響應(yīng)時(shí)間?；脺p少?gòu)U品率。


[0007]圖1是本實(shí)用新型機(jī)組式凹版印刷機(jī)的張力控制系統(tǒng)示意圖；[0008]圖2是本實(shí)用新型系統(tǒng)的自適應(yīng)PID參數(shù)啟動(dòng)P值變化示意圖；[0009]圖3是本實(shí)用新型系統(tǒng)的自適應(yīng)PID參數(shù)啟動(dòng)I值變化示意圖；[0010]圖4是本實(shí)用新型系統(tǒng)得到的適合當(dāng)前卷徑的P值示意圖；[0011]圖5是本實(shí)用新型系統(tǒng)得到的適合當(dāng)前卷徑的I值示意圖。[0012]圖中，1.人機(jī)界面，2. PID控制器，3.變頻器，4.變頻電機(jī)，5.擺輥電位器。
具體實(shí)施方式
[0013]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。[0014]如圖1所示，本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是，包括設(shè)置在PLC中的PID控制器2， PID控制器2與變頻器3連接，變頻器3與變頻電機(jī)4連接；在放料、引入、引出、收料部分分別設(shè)置有各自的擺輥電位器5，PID控制器2另與所有的擺輥電位器5連接，人機(jī)界面與 PLC連接。[0015]人機(jī)界面1選用觸摸屏，實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器的信息交換，設(shè)定和顯示機(jī)器運(yùn)行時(shí)所必須的差數(shù)。PID控制器2用于完成整個(gè)系統(tǒng)的控制程序的編制，實(shí)現(xiàn)具體的工藝和數(shù)據(jù)處理。變頻器3通過(guò)速度給定信號(hào)還實(shí)現(xiàn)變頻電機(jī)4的變頻控制。擺輥電位器5通過(guò)擺輥電位器來(lái)檢測(cè)當(dāng)前張力的變化，其輸入作為PID的偏差量。[0016]凹版印刷機(jī)的張力控制由西門子PLC程序?qū)崿F(xiàn)，通過(guò)人機(jī)界面顯示及設(shè)定相關(guān)參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)交流矢量變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，組成一套完善的七變頻電機(jī)張力控制系統(tǒng)。在放料、引入、引出、收料分別裝有一個(gè)擺輥電位器，通過(guò)擺輥位置的變化來(lái)采集電位器上的電壓或電流的變化，達(dá)到采集張力反饋信號(hào)的目的。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為[0017]U(t) = KP(e(t)+l/ f e (t) dt+TD*de (t)/dt)，式中積分的上下限分別是 0 和 t。[0018]它的傳遞函數(shù)為:G(s)= U(s)/E(s) = KP(l+l/(TI*s)+TD*s)，其中 KP 為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。[0019]由PID控制器輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系可得當(dāng)e(t) —定，且PID控制器中的各個(gè)參數(shù)固定不變，其輸出u(t)也固定不變。當(dāng)卷取半徑逐漸增大時(shí)，其相應(yīng)的慣性也增大，這樣固定的輸出將不在滿足控制系統(tǒng)的要求，使擺輥產(chǎn)生震蕩，使張力產(chǎn)生變化。[0020]自適應(yīng)PID參數(shù)控制就是首先確定滿足某一卷徑范圍內(nèi)大卷徑和小卷徑所對(duì)應(yīng)的P值和I值。然后通過(guò)卷取半徑的變化線性的計(jì)算不同卷徑所對(duì)應(yīng)的P值和I值，從而使控制器的輸出隨著收放料卷徑的變化而變化。[0021]參見(jiàn)圖2、圖3，本實(shí)用新型是將原來(lái)固定的P、I、D參數(shù)通過(guò)一定的算法轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)變化的，從而使PID控制器的輸出更加滿足控制系統(tǒng)的要求，以下通過(guò)啟動(dòng)、印刷來(lái)說(shuō)明。[0022](1)啟動(dòng)[0023]由于印刷原材料的卷取半徑各不相同，當(dāng)收放料卷的卷取半徑比較大時(shí)，機(jī)器啟動(dòng)時(shí)如果小卷可以建立張力，那么大卷張力就不容易建立，這是因?yàn)榇笮【淼霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量相差比較大，固定的PID參數(shù)不能滿足控制系統(tǒng)的要求。自適應(yīng)PID參數(shù)變化，啟動(dòng)P值和啟動(dòng)I值的曲線參照?qǐng)D2、圖3所示。[0024]假設(shè)啟動(dòng)時(shí)小卷卷徑為D1，大卷卷徑為D2，小卷對(duì)應(yīng)的比例積分為P1，大卷對(duì)應(yīng)的比例積分為P2，當(dāng)前卷徑為D，當(dāng)前卷徑對(duì)應(yīng)的比例積分為P，則P通過(guò)如下的算法實(shí)現(xiàn)[0025](P2-P1)/(D2-D1) = (P-Pl) / (D-Dl),[0026](D-Dl) X (P2-P1)/(D2-D1) = P-Pl,[0027]P = (P2-P1) X (D-Dl) / (D2-D1) +Pl。[0028]這樣就能通過(guò)起始卷徑的比例系數(shù)和終止卷徑的比例系數(shù)，以及當(dāng)前的卷徑值計(jì)算出一個(gè)合適的PID參數(shù)，使PID控制器的輸出更加滿足控制系統(tǒng)的要求，使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定。[0029](2)印刷過(guò)程[0030]隨著印刷過(guò)程的進(jìn)行，收放料卷取半徑會(huì)逐漸的增大或減小，其慣性也相應(yīng)變大或變小，另外由于不同的工藝轉(zhuǎn)換而要求切換不同的印刷速度，固定PID參數(shù)的控制效果往往不能達(dá)到最佳狀態(tài)，自適應(yīng)PID參數(shù)根據(jù)某一范圍內(nèi)大卷和小卷對(duì)應(yīng)的P、I值以及當(dāng)前的卷徑值，計(jì)算出適合當(dāng)前卷徑的P值和I值，具體參照?qǐng)D4、圖5所示。
權(quán)利要求1.一種機(jī)組式凹版印刷機(jī)的自適應(yīng)PID張力控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于包括設(shè)置在PLC 中的PID控制器(2)，PID控制器(2)與變頻器(3)連接，變頻器(3)與變頻電機(jī)(4)連接； 在放料、引入、引出、收料部分分別裝有各自的擺輥電位器(5)，PID控制器⑵分別與所有的擺輥電位器( 連接，PLC還和人機(jī)界面(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)組式凹版印刷機(jī)的自適應(yīng)PID張力控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于 所述的PID控制器( 主要包括比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種機(jī)組式凹版印刷機(jī)的自適應(yīng)PID張力控制系統(tǒng)，包括設(shè)置在PLC中的PID控制器，PID控制器與變頻器連接，變頻器與變頻電機(jī)連接；在放料、引入、引出、收料部分分別設(shè)置有各自的擺輥電位器，PID控制器另與所有的擺輥電位器和人機(jī)界面連接；所述的PID控制器主要包括比例單元、積分單元和微分單元組成。本實(shí)用新型的有益效果是，1)PID參數(shù)有原來(lái)的靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)，是凹版印刷機(jī)始終處于最佳工作狀態(tài)，提高印刷產(chǎn)品的質(zhì)量。2)減少擺輥的調(diào)節(jié)時(shí)間，減少擺輥擺動(dòng)幅度，提高響應(yīng)時(shí)間。3)減少?gòu)U品率。
文檔編號(hào)B41F33/16GK202319278SQ20112048437
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者龐少朋, 練大偉 申請(qǐng)人:陜西北人印刷機(jī)械有限責(zé)任公司